求极限lim _(xarrow 0)dfrac (1)({x)^3}[ ((dfrac {2+cos x)(3))}^x-1] -|||-__
求极限
题目解答
答案








故答案为:
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及指数函数的泰勒展开、等价无穷小替换以及洛必达法则的应用。
解题核心思路:
- 处理指数部分:将$(\frac{2+\cos x}{3})^x$转化为指数函数形式$e^{x \ln (\frac{2+\cos x}{3})}$,利用泰勒展开或等价无穷小简化表达式。
- 简化分子:当$x \to 0$时,$\frac{2+\cos x}{3} \to 1$,此时$e^y -1 \sim y$(其中$y = x \ln (\frac{2+\cos x}{3})$),从而将分子近似为$x \ln (\frac{2+\cos x}{3})$。
- 应用洛必达法则:对简化后的分式$\frac{\ln (\frac{2+\cos x}{3})}{x^2}$连续求导,结合$\sin x \sim x$的等价无穷小替换,最终求得极限值。
破题关键点:
- 识别0/0型不定式,选择洛必达法则或泰勒展开。
- 灵活运用等价无穷小替换简化计算步骤。
- 分步处理复合函数,逐步降低复杂度。
步骤1:处理指数部分
将原式分子展开为指数函数形式:
$\left( \frac{2+\cos x}{3} \right)^x -1 = e^{x \ln \left( \frac{2+\cos x}{3} \right)} -1$
当$x \to 0$时,$\frac{2+\cos x}{3} \to 1$,因此$\ln \left( \frac{2+\cos x}{3} \right) \to 0$。利用等价无穷小$e^y -1 \sim y$(当$y \to 0$),得:
$e^{x \ln \left( \frac{2+\cos x}{3} \right)} -1 \sim x \ln \left( \frac{2+\cos x}{3} \right)$
原式化简为:
$\lim_{x \to 0} \frac{x \ln \left( \frac{2+\cos x}{3} \right)}{x^3} = \lim_{x \to 0} \frac{\ln \left( \frac{2+\cos x}{3} \right)}{x^2}$
步骤2:应用洛必达法则
分子$\ln \left( \frac{2+\cos x}{3} \right)$和分母$x^2$均趋近于0,对分子分母分别求导:
- 分子导数:
$\frac{d}{dx} \ln \left( \frac{2+\cos x}{3} \right) = \frac{1}{\frac{2+\cos x}{3}} \cdot \left( -\frac{\sin x}{3} \right) = \frac{-\sin x}{2+\cos x}$ - 分母导数:
$\frac{d}{dx} x^2 = 2x$
应用洛必达法则后,极限变为:
$\lim_{x \to 0} \frac{-\sin x / (2+\cos x)}{2x} = \lim_{x \to 0} \frac{-\sin x}{2x (2+\cos x)}$
步骤3:简化并求极限
利用等价无穷小$\sin x \sim x$(当$x \to 0$),代入得:
$\lim_{x \to 0} \frac{-x}{2x (2+\cos x)} = \lim_{x \to 0} \frac{-1}{2 (2+\cos x)}$
当$x \to 0$时,$\cos x \to 1$,因此:
$\lim_{x \to 0} \frac{-1}{2 (2+1)} = -\frac{1}{6}$